首钢板坯连铸二冷水动态控制的模型建立与实现

论文摘要

连铸机的二次冷却对铸坯质量至关重要。其他工艺条件不变时,二冷强度增加及拉坯速度的提高,都可以提高铸机的生产率；但同时,二冷参数配置不当是导致铸坯产生各种质量缺陷的主要原因之一。二次冷却方法有静态控制和动态控制,其中动态控制能很好的适应变拉速的情况,将铸坯温度控制在合理范围内。随着计算机性能和自动化水平的日益提高,动态二冷配水已经广泛应用于连铸生产线,对于提高铸坯质量起到了巨大作用。本课题以首钢二炼钢板坯连铸机为研发基础,通过对板坯连铸凝固传热数学模型的理论研究,先对其静态配水进行分析,并在此基础上设计了二冷水表和二冷动态配水软件,对其生产工艺参数进行优化。在传热数学模型上,采用数值法对方程进行求解。模型根据数据库中存储的钢种的热物性参数、拉速、冷却水量、中间包温度计算铸坯温度与凝固状态。动态配水模型以坯龄法为基础,坯龄法是将连铸坯分为众多单元切片,分别对各个切片进行跟踪,根据切片的生成时间进行配水的方法。根据模拟和现场实验证明,坯龄模型能较好地在变拉速条件下控制铸坯表面温度的波动。此外动态配水中还采用目标温度控制法对水量进行校正,进一步减小了铸坯表面温度波动。在传热数学模型与坯龄模型的基础上,开发了动态配水软件。此软件包含离线模式与在线模式,利用离线模式设计了水表,并用于现场生产。在线模式将动态配水应用于生产。该软件不仅提供良好的用户界面和方便的数据库管理,还能详细记录生产过程中各类参数,有利于对铸机的生产运行状态进行分析和工艺优化。结果表明离线模型所设计的水表能满足铸坯质量的要求,动态配水能较好适应变拉速的情况,使温度控制在合理范围内。这对于提高铸坯质量和新钢种的配水设计与评价都有其现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 连铸及其控制技术的发展概述
• 1.2 连铸二次冷却控制技术的历史与发展趋势
• 1.3 课题的背景和意义
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 连铸二冷工艺与建模问题
• 2.1 连铸工艺简介
• 2.2 二次冷却的基本概念
• 2.3 二冷水动态控制建模问题
• 第三章 连铸二冷动态控制模型研究
• 3.1 连铸坯的凝固传热的研究
• 3.1.1 结晶器的凝固传热
• 3.1.2 二冷区的凝固传热
• 3.1.3 空冷区的凝固传热
• 3.2 二次冷却的控制方法
• 3.2.1 冷却制度的选择
• 3.2.2 二冷配水方式
• 3.3 假设条件
• 3.4 连铸坯凝固传热方程
• 3.5 连铸坯凝固传热方程的求解
• 3.5.1 求解方法的选择
• 3.5.2 有限差分法介绍
• 3.5.3 模型的离散化
• 3.5.4 差分方程
• 3.5.5 差分方程的稳定性和收敛性
• 3.6 计算中的物性参数选择及处理
• 3.6.1 钢的液、固相温度
• 3.6.2 比热容与凝固潜热
• 3.6.3 密度ρ
• 3.6.4 传热系数
• 3.6.5 二冷区综合传热系数
• 3.6.6 结晶器的热流密度
• 3.7 二冷水量控制方法介绍
• 3.7.1 拉速相关控制
• 3.7.2 "坯龄"模型
• 3.7.3 静态配水表的设计
• 3.7.4 静态水表的检验
• 第四章 连铸二冷动态控制模型的软件开发
• 4.1 概述
• 4.2 相关技术介绍
• 4.2.1 OPC接口技术介绍
• 4.2.2 ControlLogix控制器介绍
• 4.2.3 ControlNet简介
• 4.3 软件功能设计
• 4.4 二冷动态模型程序设计
• 4.4.1 通讯程序设计
• 4.4.2 离线二维凝固传热模型程序设计
• 4.4.3 在线一维凝固传热模型的程序设计
• 4.4.4 坯龄模型计算程序设计
• 4.4.5 二冷水量计算程序设计
• 4.4.6 动态配水控制模型程序设计
• 4.4.7 起停浇PLC控制程序
• 4.4.8 数据库的设计
• 4.4.9 历史数据的存取
• 4.4.10 人机界面的设计
• 第五章 连铸二冷控制模型的实现
• 5.1 模型的现场运行分析
• 5.1.1 计算模型温度与现场实测温度的比较
• 5.1.2 配水对铸坯质量的影响比较
• 5.2 影响铸坯凝固的主要因素分析
• 5.2.1 拉速的影响
• 5.2.2 二冷水量的影响
• 5.2.3 钢水过热度的影响
• 第六章 结束语
• 6.1 全文内容总结
• 6.2 系统有待改进之处
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文